Catalyseur de déshalogénation d'acides carboxyliques alphahalogénés, son utilisation pour purifier l'acide monochloracétique

Abstract

 L'invention concerne un catalyseur formé d'un support en charbon actif sous forme de particules soit cylindriques ayant de 0,3 à 1,5 mm de diamètre et 0,3 à 5 mm de longueur soit sphériques ayant de 0,3 à 2 mm de diamètre les dites particules étant chargées d'un métal précieux du groupe 8. On utilise avantageusement le palladium sur charbon actif.
L'invention est particulièrement utile pour purifier l'acide monochloracétique.

Description

[0001] La présente invention concerne un catalyseur de déshalogénation d'acides carboxyliques alphahalogénés, son utilisation pour purifier l'acide monochloracétique. Elle est particulièrement utile pour éliminer l'acide dichloracétique (ADCA) contenu dans l'acide monochloracétique (AMCA). La synthèse de l'acide monochloracétique à l'échelle industrielle se fait par la chloration de l'acide acétique, mais il se forme inévitablement de l'acide dichloracétique et parfois un peu d'acide trichloracétique. On obtient donc à l'issue de la chloration un mélange constitué d'acide monochloracétique, d'acide dichloracétique, de traces de trichloracétique et d'acide acétique qui n'a pas réagi. Compte-tenu de la proximité des points d'ébullition de l'AMCA (189°C) et de l'ADCA (194°C), il est pratiquement impossible de les séparer par distillation. Par contre, il est très simple d'hydrogéner ce mélange pour convertir l'ADCA en AMCA selon la réaction :

[0002] Cette hydrogénation n'est pas totalement sélective et on observe aussi une rétrogradation d'AMCA en acide acétique :

[0003] Cette réaction se fait avec un catalyseur et sous-produit de l'acétaldéhyde qui a l'inconvénient de générer des produits de condensation.

[0004] Le brevet FR 1 581 391 décrit un tel procédé en phase liquide, basé sur un catalyseur constitué de silice sous forme de cylindres de longueur 8 mm et 3,5 mm de diamètre, ayant une teneur en palladium de 0,5% en poids.

[0005] Le brevet FR 2 046 424 décrit dans son exemple 4 un catalyseur de purification d'AMCA constitué d'une poudre de silice de 0,05 à 0,1 mm chargée de palladium et opérant en lit fluidisé en phase liquide.

[0006] Le brevet GB 1 188 745 décrit un catalyseur formé de silice en cylindres de longueur 8mm et de diamètre 3,5 pour purifier en lit fixe l'AMCA.

[0007] Le brevet US 2 863 917 décrit aussi la purification de l'AMCA en phase liquide par du charbon actif en poudre chargé de palladium dans un réacteur agité.

[0008] Le brevet DE 1 915 037 décrit la purification de l'AMCA par des catalyseurs de diamètre 5 mm en lit fixe à base de silice chargée de palladium et aussi de la poudre de silice de 50 à 150 microns chargée de palladium dans un réacteur agité.

[0009] Le brevet FR 2 027 078 décrit aussi la purification de l'AMCA en phase liquide dans un réacteur agité en présence de poudre de silice de 40 à 200 microns, chargée de palladium.

[0010] Le brevet US 3 304 325 concerne la purification de l'AMCA en phase vapeur sur du charbon actif seul.

[0011] La demanderesse a trouvé un nouveau catalyseur utile pour la déshalogénation des acides carboxyliques alphahalogénés qui permet une réaction plus sélective qui diminue les sous-produits et améliore fortement la productivité.

[0012] La présente invention est donc un catalyseur constitué essentiellement d'un support en charbon actif sous forme de particules soit cylindriques ayant de 0,3 à 1,5 mm de diamètre et 0,3 à 5 mm de longueur soit sphériques ayant de 0,3 à 2 mm de diamètre les dites particules étant chargées d'un métal précieux du groupe 8 de la classification périodique.

[0013] Les métaux précieux du groupe VIII de la classification périodique des éléments sont le ruthénium, le rhodium, le palladium, l'osmium, l'iridium et le platine. On utilise avantageusement les trois premiers et de préférence le palladium. Ces métaux peuvent être utilisés seuls, en alliages ou en mélange entre eux.

[0014] Le métal précieux est déposé sur un charbon actif c'est-à-dire un charbon de grande surface à raison de 0,3 à 1% en poids du catalyseur, c'est-à-dire du charbon plus du métal et il est réparti en surface du charbon. On entend par charbon de grande surface un charbon d'environ 600 m²/g et pouvant aller jusqu'à 1300 m²/g.

[0015] On peut aussi de façon plus simple traduire la taille des particules en nombre de particules de diamètre par cm³, quand ces particules sont en vrac dans un récipient.

[0016] On ne sortirait pas du cadre de l'invention si une faible partie du catalyseur était faite de particules en dehors de la fourchette 0,3 - 2 mm, par exemple 5 à 15% en poids de l'ensemble du catalyseur.

[0017] Avantageusement, le catalyseur de l'invention est constitué de particules de taille comprise entre 0,7 et 1,2 mm, de diamètre, qu'elles soient cylindriques ou sphériques. Ce catalyseur peut être en tout ou partie dopé par du soufre ou des composés du soufre comme décrit dans EP 0 453 690. Les avantages de ces catalyseurs sont décrits plus bas dans le procédé.

[0018] La présente invention concerne aussi l'utilisation de ces catalyseurs, c'est-à-dire un procédé de déshalogénation d'acides carboxyliques alphahalogénés.

[0019] La présente invention est donc un procédé de déshalogénation d'acides carboxyliques alphahalogénés ou de leurs esters par l'hydrogène caractérisé en ce qu'on opère en présence du catalyseur qu'on vient de décrire.

[0020] L'invention est particulièrement utile pour les acides de formule :


dans laquelle X est le chlore ou le brome, R₁ et R₂ sont identiques ou différents et représentent le chlore, le brome, H, un radical alkyle linéaire ou ramifié ayant de 1 à 12 carbones ou un radical cycloalkyle ayant de 3 à 12 carbones. L'invention s'applique aussi aux esters des acides de formule (I). Ce sont de préférence les esters aliphatiques ayant de 1 à 10 carbones, et de préférence 1 à 5 atomes de carbone.

[0021] Selon l'invention, on peut effectuer la déshalogénation d'un acide ou d'un mélange d'acides. Ces acides peuvent être aussi en mélange avec un solvant.

[0022] Selon les applications des acides déshalogénés, il est parfois nécessaire de séparer-en fin de déshalogénation le catalyseur des acides. Selon une forme avantageuse de l'invention, le catalyseur est disposé en lit fixe ou en lit fluide dans une capacité et les acides à déshalogéner et l'hydrogène sont introduits dans cette capacité. Il n'est donc pas nécessaire en fin de déshalogénation de séparer le catalyseur. De préférence, on utilise un cata en lit fixe et on opère en continu.

[0023] Il est avantageux d'opérer le procédé de l'invention avec les acides en phase liquide. Bien qu'on puisse opérer à toute température, il est avantageux d'être entre la température à laquelle les acides sont liquides et 200°C, et de préférence entre 100 et 180°C. Si nécessaire, on peut mettre le ou les acides dans un solvant pour pouvoir se placer dans cette zone de température préférée.

[0024] On peut opérer à la pression atmosphérique ou jusqu'à 5 bars. L'effet de la pression est d'augmenter la cinétique de réaction, comme les acides sont corrosifs et aussi le milieu réactionnel de l'invention, il n'est pas judicieux de dépasser une pression de l'ordre de 5 bars.

[0025] L'invention est particulièrement utile pour purifier des acides carboxyliques monoalphahalogénés R₁CHXCOOH impurs, R₁ ayant la signification précédente. Ces acides sont préparés par halogénation de l'acide correspondant R₁CH₂COOH, on obtient un mélange de R₁CHXCOOH, de R₁CX₂COOH, d'acide R₁CH₂COOH qui n'a pas été transformé et parfois des traces de CX₃COOH dans le cas particulier de l'acide CH₃COOH.

[0026] On pourrait d'abord séparer R₁CH₂COOH de ce mélange mais il est plus simple d'hydrogéner d'abord


et séparer ensuite, puisque inévitablement une partie est rétrogradée en acide selon

[0027] Il suffit ensuite de distiller le mélange de R₁CHXCOOH, de R₁CH₂COOH et d'HX pour obtenir R₁CHXCOOH relativement pur. Au cours de l'hydrogénation, il se forme des aldéhydes, par exemple, R₁CH₂CHO.

[0028] La rétrogradation est le rapport entre le nombre d'ions X⁻ dans l'acide purifié, c'est-à-dire ceux provenant de HX au nombre théorique de X à enlever de R₁CX₂COOH (et éventuellement CX₃COOH) pour le convertir en R₁CHXCOOH. Sauf exception de CX₃COOH, la rétrogradation minimum est de 1. Cette rétrogradation est le plus souvent entre 1,4 et 3,4.

[0029] Le catalyseur de l'invention permet de baisser la quantité d'aldéhydes et d'améliorer la rétrogradation, tout en utilisant la même quantité de palladium. La taille du catalyseur de l'invention permet d'opérer en lit fixe sans une perte de charge gênante.

[0030] La présente invention concerne aussi un procédé dans lequel on utilise le catalyseur de l'invention en série avec un catalyseur de plus grande taille.

[0031] Ce catalyseur de plus grande taille est un support en charbon actif sous forme de particules chargé de métal précieux du groupe 8. La grande taille peut être définie par des cylindres de diamètre supérieur à 2 mm et de longueur supérieure à 3 mm et par des sphères de diamètre supérieur à 3 mm. Il suffit que 85 à 95 % en poids d'un lot de catalyseur ait ces dimensions pour qu'il soit "de plus grande taille" au sens de l'invention.

[0032] On peut utiliser un courant d'hydrogène à co-courant du courant d'acides ou à contre courant.

EXEMPLE 1 :

[0033] Dans un équipement constitué par deux réacteurs tubulaires en verre, de diamètre intérieur 26 mm et volume 300 cm³, chauffé par double enveloppes et équipés d'un matériel permettant de procéder à l'alimentation à co ou contre courant, d'acide monochloracétique à purifier et d'hydrogène à des débits parfaitement réguliers, on place dans l'un des réacteur A un catalyseur constitué de grains de charbon actif imprégné à 0,8% de palladium, 17,25 grains au cm³ et de surface spécifique voisine de 1200 m²/g et ayant une masse volumique de 0,433 g/cm³.

[0034] Dans le réacteur B on place un catalyseur de même densité, surface spécifique, masse volumique et teneur en palladium, mais constitué de 408 grains au cm3, c'est-à-dire que les catalyseurs A et B contiennent la même quantité de palladium. On met ensuite le système en fonctionnement à contre courant, en recherchant pour l'acide dichloracétique, une teneur résiduelle inférieure à 0,2%. Pour cela, on agit sur la température. Les débits de liquide, gaz et hydrogène demeurent constants.

[0035] Acide monochloracétique à purifier (% poids) :

Acide monochloracétique (AMCA)

: 80

Acide dichloracétique (ADCA)

: 4

Acide acétique

: 16

[0036] Le catalyseur A est de tailleDiamètre 3 mm
   Longueur 10 mm

[0037] Le catalyseur B est de tailleDiamètre 1 mm
   Longueur 3 mm

[0038] Le tableau I ci-après constitué de deux relevés de marche du système, montre que le catalyseur le plus fin permet de travailler en plus faible température et génère moins de sous produits.

[0039] Dans le tableau I :

• Les indications 1A, 1B indiquent les valeurs à des temps identiques.
• La température de la colonne est la température relevée par un thermocouple dans le lit du catalyseur.
• La vitesse spatiale est en kg d'acide brut par heure et volume de lit de catalyseur.
• La teneur en MAAG (monochloracétate d'acide glycolique) est en sortie de réacteur dans l'acide purifié.

EXEMPLE 2 :

[0040] Les deux réacteurs de l'exemple 1 contenant les mêmes catalyseurs sont disposés en série pour purifier de l'AMCA de même composition que dans l'exemple 1.
2.1. L'AMCA brut passe d'abord sur le catalyseur de petite taille (Résultats sur le tableau II). On a recherché la température de fonctionnement pour avoir une teneur finale en ADCA inférieure ou égale à 0,2%. Les mesures suivantes ont été faites entre la 225ème et la 346ème heure de marche.

TABLEAU II

	Exemple 2.1	Exemple 2.2
Vitesse spatiale AMCA brut	250 kg/h m3	250 kg/h m3
Température catalyseur (sur les deux réacteurs)	115°C	115°C
ADCA en sortie du 1er réacteur	0,25 à 0,33	1,1 à 1,2
ADCA en sortie du 2ème réacteur	0,10 à 0,13	0,07 à 0,11
Acétaldéhyde généré mg/kg d'acide	120 à 140	85 à 89

2.2. L'AMCA passe d'abord sur le catalyseur de grande taille.
On garde la température de 115°C.
On note le gain très important de l'aldéhyde par rapport à l'exemple 1.

Revendications

1. Catalyseur constitué essentiellement d'un support en charbon actif sous forme de particules soit cylindriques ayant de 0,3 à 1,5 mm de diamètre et 0,3 à 5 mm de longueur soit sphériques ayant de 0,3 à 2 mm de diamètre les dites particules étant chargées d'un métal précieux du groupe 8 de la classification périodique.

2. Produit selon la revendication 1 caractérisé en ce que le métal précieux est du palladium.

3. Produit selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le diamètre des particules est de 0,7 à 1,2 mm.

4. Procédé de déshalogénation d'acides carboxyliques alphahalogénés ou de leurs esters par l'hydrogène caractérisé en ce qu'on opère en présence d'un catalyseur selon les revendications 1 à 3.

5. Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que les acides sont de formule
   R₁CHXCOOH dans laquelle X représente le chlore ou le brome, R₁ représente le chlore, le brome, H ou un radical alkyle linéaire ou ramifié ayant de 1 à 12 carbones ou un radical cycloalkyle ayant de 3 à 13 carbones.

6. Procédé selon la revendication 4 ou 5 caractérisé en ce que les acides sont en phase liquide.

7. Procédé selon l'une des revendications 4 à 6 caractérisé en ce qu'on utilise aussi en série un catalyseur de plus grande taille.